항생제에 대한 다중 내성을 생성하려는 박테리아의 시도를 차단하는 방법을 알아 내기 위해 연구원은 모의 리간드 (결합 분자) (벤질 페니실린 (빨간색)라고하는 페니실린의 일종)를 잡고 그 분자가 더 큰 효소 분자 내에 도킹하도록 대화식으로 안내한다. (블루-오렌지색) β- 락타 마제라고 부르며, 페니실린을 비활성화하기 위해 박테리아에 의해 생성된다 (환자를 β- 락탐이라고하는 항생제 종류에 내성을 갖게 함). (이미지 출처: 브리스톨 대학교)

브리스톨대학의 연구원들은 브리스톨 기반의 신생기업인 Interactive Scientific, Oracle Corporation 및 컴퓨터 과학 및 화학 연구원의 공동팀의 개발자와 협력하여 연구원을 지원하기위한 새로운 가상현실(VR) 클라우드 기반 시스템을 설계하고 테스트했다. 분자가 움직일 때 손을 뻗어 "접촉"한다. 분자를 접고, 매듭을 짓고, 뽑고, 모양을 변경하여 분자가 어떻게 상호 작용하는지 테스트한다. Nano Simbox라고하는 가상현실 클라우드 기반 시스템은 테스트를 수행하기 위해 브리스톨 대학교와 협력한 Interactive Scientific의 독점 기술이다. HTC Vive 가상현실 장치를 사용하면 새로운 약물과 재료를 만들고 화학 교육을 향상시킬 수 있다.

보다 광범위하게 목표는 구조적 매핑, 약물 개발, 합성 생물학 및 촉매 설계를 포함하는 나노 규모의 분자 공학 분야의 발전을 가속화하는 것이다.

클라우드를 통한 실시간 협업

두 명의 사용자가 클라우드 기반 네트워크를 통해 실시간으로 풀러렌 (C60) 분자를 앞뒤로 전달한다. 연구원들은 각각 VR 헤드 마운트 디스플레이 (HMD)를 착용하고 C60 분자의 실시간 분자 역학을 조작하기 위해 원자 "핀셋"으로 작동하는 두 개의 소형 무선 컨트롤러를 들고 있다. 각 사용자의 위치는 GPU 가속 컴퓨터에서 로컬로 실행되는 동기화 된 적외선 광원으로 구성된 실시간 광학 추적 시스템을 사용하여 결정된다. (이미지 출처: 브리스톨 대학교)

브리스톨 대학의 화학자 및 컴퓨터 과학자가 이끄는 팀이 개발한 다중 사용자 시스템은 사용자가 (원자 수준의 정밀도로) 시각화하고 샘플링 할 수 있는 "대화형 분자 역학 가상현실"(iMD VR) 앱을 사용한다. 복잡한 분자 구조의 구조와 역학을 "즉석에서"그리고 동일한 가상 환경에서 다른 사용자와 상호 작용한다.

각 VR 클라이언트는 다른 모든 사용자의 글로벌 위치 데이터에 액세스 할 수 있으므로 모든 사용자는 헤드셋을 통해 동시에 다른 모든 사용자의 공동 배치된 시각적 표현을 볼 수 있다. 지금까지 이 시스템은 동일한 시뮬레이션 내에서 동일한 방에 6 명의 사용자를 동시에 배치할 수 있도록 고유하게 허용했다.

까다로운 분자 작업에 대한 테스트

팀은 가상현실과 비교하여 기존의 마우스, 키보드 및 터치 스크린을 사용하여 테스트를 위한 일련의 분자 작업을 설계했다. 작업에는 나노 튜브를 통해 작은 분자를 스레딩하고, 작은 유기 나선의 나사 감각을 바꾸고, 작은 끈 모양의 단백질을 단순한 매듭으로 묶는 것, 약물을 표적에 결합하는 것과 같은 다양한 동적 분자 문제가 포함되었다. 단백질 접힘 및 화학 반응. 연구원들은 복잡한 3D 작업의 경우 VR이 현재의 방법에 비해 상당한 이점을 제공한다는 사실을 발견했다. 예를 들어, 참가자는 분자 매듭 묶기와 같은 어려운 작업에서 성공할 가능성이 10배 더 높았다. 누구나 소프트웨어를 다운로드하고 자체 클라우드 호스팅 세션을 시작하여 오픈 액세스 문서에 설명된 작업을 시도할 수 있다.

이미지 출처: David Glowacki | 브리스톨 대학교 박사 과정 학생 Helen M. Deeks / 무선 "원자 핀셋"세트를 사용하여 수행한 작업을 보여준다. (HTC Vive 사용) 단일 벤질 페니실린 약물 분자를 β- 락타 마제 효소의 활성 부위에 대화식으로 도킹한다.